双轴肩搅拌摩擦焊不仅拥有常规搅拌摩擦焊的特点,还具有焊接变形小、焊接过程力小、消除根部缺陷等优势,而且在焊接过程中,不需要焊件背面的刚性支撑,为能够焊接中空挤压型材和筒体构件提供了一种有效途径。对于一些焊件接头构件和特定结构,双轴肩搅拌摩擦焊的焊接过程仅是一个过程变量,这样可以克服来自常规搅拌摩擦焊较高焊接力带来的约束。由于搅拌头在焊接过程中承受很大的机械载荷,为了避免搅拌头失效,拓宽工艺窗口,深入了解被焊材料的流动行为是必不可少的。鉴于大型火箭贮箱筒体纵焊与环焊对双轴肩技术有着迫切需求,其壁厚主要在4～8mm间,故本文以6mm厚6061-T6铝合金为研究对象,进行了数值模拟与工艺实验研究。本文通过移动热源替代移动搅拌头,建立了双轴肩搅拌摩擦焊瞬态温度场模型；通过计算流体力学与弹塑性力学,建立了6061铝合金热流耦合稳态模型。两个模型的温度场相互验证,并通过焊接温度测试和金相组织观察也验证了模型的可靠性。对温度场分析发现,在高焊速或低转速时,下轴肩的额外供热,能够保证材料充分塑性流动,增大了焊接工艺窗口。在轴肩区域温度场呈现前进侧温度高于返回侧,搅拌头前沿温度梯度陡于后沿的不对称分布,且最高温出现在搅拌头前沿靠近前进侧,约为515℃。对流场分析发现,搅拌头螺纹利于材料塑性流动,而搅拌头三方的形状导致流动效果减弱,且过大将不利于材料流动,易形成沟壑缺陷,这与焊接工艺实验中所出现的现象相吻合。本文通过对产热模型与数值模拟分析,以及工艺实验探索获得搅拌头较合理的结构和相应的匹配尺寸。着重分析了,压深对焊缝形成的影响,发现只有当上下表面压深均匀且适量的情况下,才能形成良好致密的焊缝。焊后实验表明,在扫描断口面中,大量韧窝内有第二相颗粒,判定为韧性断裂；焊接接头抗拉强度达235MPa,达母材的76%,比常规搅拌摩擦焊强度略小；同时接头发生了不同程度的软化现象,硬度成典型的W型。在金相分析中发现前进侧晶粒形貌过渡至焊核区比较急剧,而返回侧则较为平缓。最后还在焊缝中发现了S线和B线。